КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЯГОВОГО

Секция 3 «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВАХ»
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЯГОВОГО
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ТРАНСМИССИЙ
к.т.н. Флоренцев С.Н., к.т.н. Изосимов Д.Б.
ООО «Русэлпром – Электропривод»
тел. +7-499-559-99-07. факс: +7-499-559-99-05
E-mail: [email protected]
Проектирование КТЭО состоит из следующих этапов:
- анализ технических требований к транспортному средству, моделирование
транспортного средства с учетом режимов его работы, параметров движения, проведение
тягово-динамических расчетов;
- моделирование КТЭО с учетом результатов по предыдущему этапу, определение
требований ко всем компонентам;
- проектирование компонентов КТЭО для реализации требований, полученных на
предыдущем этапе.
- проектирование вспомогательных систем питания и охлаждения по результатам
требований, полученных на предыдущем этапе;
- моделирование транспортного средства с учетом спроектированных компонентов
КТЭО, синтез алгоритмов управления транспортным средством для реализации
оптимальных режимов движения, работы ДВС в режиме максимальной топливной
эффективности. Для гибридных транспортных средств определяются параметры и тип
накопителя энергии, алгоритмы управления потоками мощности.
- определение структуры управления транспортным средством для реализации
алгоритмов управления, синтезированных на предыдущем этапе проектирования,
определение типов и протоколов связи между компонентами КТЭО и другими частями
транспортного средства (органами управления, ДВС, АБС. ЕБС, и т.п.);
- изготовление всех спроектированных компонентов КТЭО, автономные и комплексные
отладки и испытания КТЭО на испытательном стенде с имитацией всех режимов движения
транспортного средства (текущих, предельных, статических, динамических).
В рамках комплексного подхода к прректированию электромеханических траесмиссий в
ООО «Русэлпром-Эоектропривод» проведен анализ типажа перспективных транспортных
средств с ЭМТ и гибридов, выявлены оптимальные соотношения моментов, частот
вращения, коэффициентов редукции, числа передач электромеханических трансмиссий.
Определен тип тяговых электрических машин, лучших по критерию цена\качество.
В ООО «Русэлпром-Электропривод» разработаны:
- методика оптимизации тяговых асинхронных двигателей по критериям момент\масса и
момент\потери (экспертная система).
- методика экспериментальной идентификации параметров асинхронного двигателя с
короткозамкнутым ротором по измерениям напряжений, токов, частоты вращения и
электромагнитного момента, позволяющая реализовать частотную или векторную системы
управления с учетом изменения параметров двигателя и режима работы.
- методика согласования параметров асинхронного тягового двигателя и силового
преобразователя, позволяющая минимизировать установленную мощность преобразователя.
- методика синтеза управления комплектным тягово-энергетическим оборудованием
(КТЭО), включающим комплект электроприводов, ДВС, буферный накопитель,
трансмиссию.
- методика оптимизации режима работы ДВС в гибридной системе с буферным
накопителем по критерию топливной эффективности.
- методика синтеза управления многодвигательными транспортными средствами.
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
82
Секция 3 «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВАХ»
- ряд компьютерных программ – моделей тягово-динамических расчетов, моделей
тяговых двигателей и генераторов, моделей движения (в том числе многоколесных
транспортных средств), моделей подвесок и т.д.
- системы защит и диагностики.
Примеры реализации устройств КТЭО и транспортных средств с ЭМТ
Оптимизация асинхронных двигателей
Асинхронный двигатель мотор-колеса АД60
• область реализуемых мощностей: до 60 кВт;
• максимальная частота вращения: 5000 об/мин;
• длительный момент на валу двигателя: 700 Нм;
• масса активных материалов менее 60 кг;
• длина активной части 11 см, наружный диаметр 42 см.
Отношение момент [Нм]/масса [кг] более 10. Пусть кто сможет, сделает дучше
ТРАКТОР «БЕЛАРУС 3023» С ЭМТ
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
83
Секция 3 «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВАХ»
Разработаны, изготовлены и испытаны на полигоне и в поле макетные и опытные
образцы установочной серии тракторов с ЭМТ «Беларус-3023». Во втором квартале 2012
года планируется проведение приемочных испытаний, утверждение Технических условий,
сертификация тракторов с ЭМТ. Серийное производство тракторов «Беларус-3023»
планируется со второго полугодия 2012 г.
Полевые испытания тракторов «Беларус-3023» показали:
- экономию топлива на пахоте более 20%, на легких и транспортных работах – более
30% по сравнению с серийным трактором «Беларус-3022»;
- большую (более 20%) производительность на пахоте;
- лучшую и легкую управляемость, большее тяговое усилие;
- лучшую динамику движения и торможения;
- меньшие эксплуатационные затраты на обслуживание и ремонт.
Трактор «Беларус-3023» получил серебряную медаль на международной выставке
«Агритехника-2009» в Ганновере (Германия).
Трактор не имеет аналогов в мире.
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
84
Секция 3 «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВАХ»
ЗАДНИЙ
МОСТ
ТЯГОВЫЙ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ
РЕДУКТОР
БЛОК СИЛОВОЙ
ЭЛЕКТРОНИКИ
МОТОР-ГЕНЕРАТОР
Компоновка тягового оборудования на тракторе «Беларус 3023»
Блок силовой электроники.
Силовые преобразователи выполнены на базе интегральных трехфазных инверторов
напряжения SKAI фирмы SEMIKRON, максимальный фазный ток составляет 300 А (эфф.,
длительно), номинальное напряжение в звене постоянного тока 850 В. Для управления
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
85
Секция 3 «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВАХ»
используются процессорные контроллеры TMS 335 (частотное или векторное управление).
БСЭ имеет жидкостное охлаждение, расход воды 10 л/мин.
КПД МГ-ТАД на предельных режимах работы ((максимальный момент тягового
асинхронного двигателя 1200 Н м, максимальная мощность 183 кВт, максимальная
мощность асинхронного мотор-генератора 220 кВт при моменте 1200 Нм и скорости 1700
об./мин). Приведен совокупный КПД (КПД определялся от вала ДВС до вала тягового
двигателя).
Информационное табло, расположенное в кабине водителя.
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
86
Секция 3 «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВАХ»
Пример экрана сервисной вычислительной системы.
Опционные устройства КТЭО трактора «Беарус 3023»
- электропривод вентилятора ДВС;
- электропривод переднего ВОМ;
- автономная станция электроснабжения.
Привод переднего ВОМ и привод вентилятора с радиатором в сборке на раме трактора МТЗ
3023.
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
87
Секция 3 «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВАХ»
Гусеничный трактор мощностью 160 л.с.
Разработан, изготовлен и испытан на стенде комплект тягового электрооборудования.
Во втором квартале 2012 года планируется установка КТЭО на трактор, проведение
полигонных и полевых испытаний гусеничного трактора с ЭМТ.
Применение ЭМТ в гусеничном тракторе позволит получить:
- экономию топлива более 20% по сравнению с серийным трактором с механической
трансмиссией
- большую (более 25%) производительность;
- лучшую и легкую управляемость, большее тяговое усилие;
- лучшую динамику движения и торможения;
- меньшие эксплуатационные затраты на обслуживание и ремонт.
Достижение таких показателей подтверждено серийно производимым гусеничным
трактором с ЭМТ D7E фирмы Caterpillar.
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
88
Секция 3 «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВАХ»
Трелевочный гусеничный трактор мощностью 150 л.с.
Колесный трактор мощностю 450 л.с.
Функциональная схема КТЭО трактора с мотор колесами (схема 4х4)
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
89
Секция 3 «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВАХ»
Это первый трактор с исключением механического дифференциала, с повышенной
проходимостью, управляемостью и курсовой устойчивостью. Аналогов в мире нет.
Фронтальный погрузчик мощностью 600 л.с.
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
90
Секция 3 «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВАХ»
Фронтальный погрузчик мощностью 300 л.с.
Многоосный тягач
Создание с ОАО «МЗКТ» специального колесного шасси (СКШ) с автоматической
электромеханической трансмиссией по схеме мотор – колес 8 х 8.
Разработаны эскизный и технический проекты на создание КТЭО СКШ, разработано и
согласовано Техническое задание на работу.
Из-за отсутствия финансирования работы были приостановлены.
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
91
Секция 3 «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВАХ»
Применение ЭМТ в специальных колесных транспортных средства соответствует
мировым тенденциям развития этой техники и позволяет:
- улучшить управляемость СКШ;
- повысить проходимость;
- улучшить динамику движения и торможения;
- обеспечить скрытность передвижения (при использовании гибридной силовой
установки;
- повысить надежность, снизить затраты на эксплуатацию и ремонт.
Подобные разработки ведут все мировые производители гусеничной и колесной
спецтехники.
Создание КТЭО ЭМТ переменно-переменного тока для самосвала БелАЗ
грузоподъемностью 240 тонн.
В концерне разрабатывается полный КТЭО для большегрузного самосвала 240 т. –
тяговый генератор, тяговые двигатели, шкафы силовой и управляющей электроники.
Применение ЭМТ переменно-переменного тока в самосвалах грузоподъемностью
свыше 220т позволяет:
•
на 20% увеличить тяговое усилие груженого самосвала, обеспечив тем самым
скорость 12,55 км/час на подъеме 12% (при максимальной скорости такого же самосвала с
приводом постоянного тока только 9,8 км/час);
•
на 15% увеличить тормозное усилие;
•
повысить максимальную скорость груженого самосвала до 65 км/час (взамен
45 км/час у самосвала с приводом постоянного тока).
Результат:
•
повышается производительность самосвала,
•
снижается стоимость жизненного цикла,
•
уменьшается стоимость одного тонно-километра перевозок.
Маневровый гибридный тепловоз
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
92
Секция 3 «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВАХ»
Основные технические данные гибридного автобуса ЛИАЗ 5292ХХ:
- масса – 18,2 т;
- вместимость 100 чел.;
- радиус качения ведущих колес – 466 мм;
- максимальная скорость – 90 км\ч;
- максимальный преодолеваемый подъем – 20%;
Основные преимущества гибридного привода городского автобуса:
- снижение в 10 раз уровня выбросов при езде в городском цикле (Евро-5);
- работа в оптимальных по топливной эффективности режимах работы ДВС;
- экономия топлива на 25 ÷ 50 %;
- возможности пуска ДВС от накопителей без стартера,
- возможность генерации и рекуперации электроэнергии;
- снижение мощности ДВС на 25÷30 % при сохранении тягового момента на колесах.
- повышение комфортабельности (шум, вибрация, управляемость);
- повышение надежности и ресурса работы.
- наиболее комфортный проезд
Гибридный автобус ЛиАЗ-5292ХХ с КТЭО концерна «РУСЭЛПРОМ» завоевал звание
«Лучший автобус России 2008 года» на Международном автомобильном Форуме в г.
Москве.
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
93
Секция 3 «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВАХ»
Функциональная схема КТЭО гибридного автобуса
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
94
Секция 3 «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВАХ»
В качестве накопителей используются суперконденсаторы компании MAXWELL
В Концерне «РУСЭЛПРОМ» решен комплекс вопросов построения КТЭО, что позволило
создавать системы приводов и комплектного электроэнергетического оборудования для
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
95
Секция 3 «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ
СРЕДСТВАХ»
конкретных транспортных средств на уровне, не уступающем лучшим образцам ведущих
фирм. Комплексный подход и оптимизация электромеханических устройств позволил
существенно улучшить показатели транспортных средств, в ряде случаев – до качественного
улучшения их параметров по управляемости, проходимости и достижения требуемых
эксплуатационных характеристик.
МАТЕРИАЛЫ 77-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ААИ
«АВТОМОБИЛЕ- И ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ В РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКА
КАДРОВ»
96